TVVL magazine mei 2012

Mei 2012 | Jaargang 41 | Nr 5

Adaptieve gevels

Optimaal gebouwontwerp

Convectieve warmteoverdracht

JAA

RGA

NG

41 NR

. 5 TVV

L MA

GA

ZINE M

EI 2012

Thema:

Gebouwsimulatie

Meer kennis en kwaliteit dankzij de LG Academy

Kosteloze trainingen voor installateurs en adviseurs

Kijk voor meer informatie op www.lgklimaat.nl

LG streeft naar een optimale samenwerking met haar

partners. Daarom doen we méér dan het leveren van

hoogwaardige duurzame producten. We leveren óók de

kennis en de kunde. Speciaal daarvoor hebben we de

LG Academy opgericht. Hier krijgen jaarlijks zo’n 1.000

cursisten een kosteloze training in de laatste technieken

en trends in de markt. De trainingen spelen in op actuele

onderwerpen, zoals EIA, Breeam, LEED, duurzame

totaaloplossingen en slimme installatietips. Daarnaast

geven we sinds dit jaar ook commerciële trainingen aan

adviseurs. Het unieke van de LG Academy is dat we

onze trainingen ook volledig op maat kunnen maken.

Zelfs individuele trainingen zijn mogelijk. Dankzij de LG

Academy kunt u het kennisniveau in uw bedrijf verhogen

en de kwaliteit borgen. En zo uw voorsprong in de markt

vasthouden of vergroten. Interesse in een training? Neem

dan contact op met de coördinator Kennis & Opleiding,

via (020) 456 32 82 of kijk op www.lgklimaat.nl

adv.indd 1 12-03-2012 16:19:12TM0512_cover.indd 1 3-5-2012 10:19:55

3

Inhoudsopgave

TVVL MAGAZINE

REVIEWED: Artikelen in TVVL Magazine zijn beoordeeld ‘door redactieraadleden’. De uniforme ‘peer review’ waarborgt de onafhankelijke en kwalitatieve positie van TVVL Magazine in het vakgebied. Een handleiding voor auteurs en beoordelingsformu-lier voor de redactieraadleden (‘peer reviewers’) zijn verkrijgbaar bij het redactie-adres.

72

68

Project:

MFc Brede School

IntervIew:

Maarten veerMan

GeïnteGreerde elektrISche en therMISche

SIMulatIeS oP wIjknIveau

R. (Ruben) Baetens et al 6

dynaMISche GeBouwSIMulatIe voor Iedereen

R. (Roel) De Coninck et al 10

BrandveIlIGheIdSanalySe van SeMI-oPen

ParkeerGaraGeS

Ir. M.G.M. (Mike) van der Heijden et al 14

oPtIMalISatIe GeBouwontwerP Met een

roBuuStheIdSIndIcator

Ir. P. (Pieter-Jan) Hoes et al 18

MetInG ven de enerGetISche kwalIteIt van

IndIvIduele wonInGen

F.G.H. (Frans) Koene 22

Pv-SySteMen voor InduStrIële hallen

B. (Bruno) Lee et al 26

convectIe In enerGIeSIMulatIeS tIjdenS

nachtventIlatIe

S. Leenknegt et al 30 adaPtIeve GevelS

Ir. R.C.G.M.(Roel) Loonen 34

‘vIrtual natural lIGhtInG’ SySteMen

R.A. (Rizki) Mangkuto et al 38

convectIeve warMteoverdracht In

GeBouwSIMulatIe

Dr.ir. L.F.R. (Leen) Peeters 42

coMPuterSIMulatIe voor Product- en

ontwerPontwIkkelInG

Ir. J.V.F. (Jeroen) Houben et al 46

ontwerPen en analySeren van hydronISche

InStallatIeS

R. (Roel) Vandenbulcke et al 50 voorSPellen van SchIMMelGroeI

Ir. E. (Evy) Vereecken et al 54

evaluatIe enerGIePreStatIe PaSSIeve School-

GeBouwen

B. (Barbara) Wauman et al 58

Mei 2012edItorIal 4nIeuwS 29actueel 61uItGelIcht 67IntervIew 68reGelGevInG 71ProjectBeSchrIjvInG 72InternatIonaal 75SuMMary 76voorBeSchouwInG 77aGenda 78

TVVL Magazine is het officiele orgaan van TVVL Platform voor Mens en Techniek. De vereniging, opgericht op 26 mei 1959, heeft tot doel de bevordering van wetenschap en techniek op gebied van installaties in gebouwen en vergelijkbare objecten. Als lid kunnen toetreden personen, werkzaam (geweest) in dit vakgebied, van wie mag worden verwacht, dat zij op grond van kennis en kunde een bijdrage kunnen leveren aan de doelstelling van de vereniging. Het abonnement op TVVL Magazine is voor leden en begunstigers van TVVL gratis. De contributie voor leden bedraagt € 113,- per jaar. Informatie over de bijdrage van begunstigers wordt op aanvraag verstrekt.

RedactieRaad: drs.ir. P.M.d. (Martijn) Kruijsse (voorzitter)ir. J. (Jan) aufderheijdeMw. dr. L.c.M. (Laure) itardH. (Henk) LodderG.J. (Geert) LugtMw. drs. c. (carina) Muldering. O.W.W. (Oscar) NuijtenMw. drs.ir. i. (ineke) thieraufing. J. (Jaap) Veermaning. R (Rienk) Vissering. F.J. (Frank) Stouthart (eindredacteur)

Redactie: drs.ir. P.M.d. (Martijn) Kruijsse (voorzitter)ir. J. (Jan) aufderheijdeMw. drs. c. (carina) Muldering. F.J. (Frank) Stouthart (eindredacteur)

Redactie-adReS: tVVL: de Mulderij 12, 3831 NV LeusdenPostbus 311, 3830 aJ Leusdentelefoon redactie (033) 434 57 50Fax redactie (033) 432 15 81 email [email protected]

UitGaVe: Merlijn Media BVZuidkade 173, 2741 JJ Waddinxveen Postbus 275, 2740 aG Waddinxveentelefoon (0182) 631717 email [email protected]

SecRetaRiaat:email [email protected]

aBONNeMeNteN: Merlijn Media BVPostbus 275, 2740 aG Waddinxveentelefoon (0182) 631717email [email protected] Benelux € 109,- Buitenland € 212,- Studenten € 87,- Losse nummers € 18,- extra bewijsexemplaren € 13,-

Het abonnement wordt geacht gecon-tinueerd te zijn, tenzij 2 maanden voor het einde van de abonnementsperiode schriftelijk wordt opgezegd.

adVeRteNtie-exPLOitatie: Merlijn Media BV Ruud Struijk telefoon (0182) 631717 email [email protected]

PRePReSS: Yolanda van der Neut

dRUK: ten Brink, Meppel

iSSN 0165-5523

© tVVL, 2012

Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk, fotokopie, microfilm of op welke andere wijze dan ook, zonder schriftelijke toestemming van de uitgever. Publicaties geschieden uitsluitend onder verantwoording van de auteurs. alle daar in vervatte informatie is zorgvuldig gecontroleerd. de auteurs kunnen echter geen verantwoordelijk-heid aanvaarden voor de gevolgen van eventuele onjuistheden.

Cover: Vabi Elements, M3E en Dok 40 in Dordrecht

TM0512_inhoud.indd 3 1-5-2012 15:17:45

editorial

4 TVVL Magazine | 05 | 2012 EDITORIAL

Prof.dr.ir. J. ( Jan) HensenHoogleraar gebouwprestatiesimulatie TU/Eindhoven

Gebouwsimulatie: recent onderzoek

Gebouwsimulatie kan, als het efficient en effectief wordt ge-

bruikt, een krachtig hulpmiddel zijn bij het streven naar duur-

zame gebouwen met een optimale binnenmilieukwaliteit. De

(internationale) interesse in gebouwsimulatie is de laatste jaren

sterk toegenomen. Zo is het ledenaantal van de International

Building Performance Simulation Association (Ibpsa, www.

ibpsa.org ) gegroeid tot circa 5.000 en bestaan er ondertus-

sen 25 regionale afdelingen waaronder die in Nederland +

Vlaanderen (www.ibpsa-nvl.org ).

Er wordt ieder jaar een aantal internationale congressen op dit gebied georganiseerd. Building Simulation 2011 in Sydney is een recent voor-beeld. Met twintig van de in totaal 450 participanten waren Nederland en Vlaanderen goed vertegenwoordigd. Deze uitgave van TVVL Magazine bestaat uit uitgebreide samenvat-tingen van de bijdragen van een aantal van deze deelnemers. Daarmee wordt een beeld geschetst van het huidige onderzoek rond gebouw-simulatie in onze contrijen. Hieruit blijkt dat waar het onderzoek rond gebouwsimulatie zich vroeger concentreerde op de fysische en techni-sche aspecten, er ondertussen veel meer aandacht is voor efficient en effectief gebruik en voor de mensaspecten in het geheel.

Meer inforMatieVeel meer informatie over de huidige praktijk en onderzoek rond gebouwsimulatie is te vinden in het recente Ibpsa-boek Building Performance Simulation for Design and Operation, Spon Press, Londen, 2011. Dit boek is geschreven door veertien internationaal erkende experts en geeft een uitgebreid overzicht van de rol en werking van gebouwsimulatie vanaf het eerste ontwerp tot het einde van de levens-cyclus van gebouwen.

TM0512_editorial.indd 4 1-5-2012 11:56:35

Lubron Waterbehandeling B.V.Mechelaarstraat 384903 RE Oosterhout

Tel 0162 426931 Fax 0162 459192

www.lubron.eu

Al ruim 30 jaar is Lubron dé specialist in waterbehandeling. Met hedendaagse technieken ontwikkelen wij voor iedere specifi eke toepassing een optimale oplossing.

Onze werkwijze is een goed samenspel tussen apparatuur, additieven en service. Daarmee zijn wij uniek, want wij:

ontwikkelen en maken zelf apparatuur op maat voor uw toepassing; formuleren zelf de additieven voor een optimale conditionering; hebben zelf ons eigen serviceteam dat uw installatie 24 uur per dag en in heel Nederland in optima forma kan houden.

Dat geeft zekerheid.

Lubron heeft de kennis en de middelen om voor u vrijblijvend systeemscans uit te voeren voor bestaande of nieuwe te realiseren systemen. Daarmee krijgt u een goed beeld of het systeem (nog) voldoet aan de huidige regelgeving en de laatste stand der techniek.

Uw eerste stap: www.lubron.eu

Uw water,onze zorg!

Apparatuur Service

Klant

Additieven

ONTWERPINMETENMONTAGEONDERHOUD

PERFECTE LUCHTVERDELINGMET EURO AIR LUCHTVERDEELSLANGEN

WWW.BLTLUCHTTECHNIEK.NL

EURO AIR LUCHTVERDEELSLANGEN

AFZUIGSYSTEMEN VOOR LABORATORIA, INDUSTRIE, LASROOK EN UITLAATGASSEN

TM0512_05_BLT.indd 5 3-5-2012 10:28:06

6 TVVL Magazine | 05 | 2012 SIMULATIE

Een herziening van de Europese richtlijn 2002/91/EG over de energieprestaties

van gebouwen verplicht elke EU-lidstaat om vanaf 2020 enkel nog bijna nul-

energie gebouwen te bouwen. Een energieconcept dat ook in Vlaanderen

haalbaar is, bestaat erin om warmtepompen te combineren met zonneboilers

en pv-panelen. Een hoog aandeel pv-panelen en/of warmtepompen kan echter

voor een pieklevering of -vraag aan het net zorgen, wat op zijn beurt kan leiden

tot problemen met de spanningskwaliteit van het elektriciteitsnet. Om deze

problematiek te onderzoeken werd een geïntegreerde simulatieomgeving

ontwikkeld.

Geïntegreerde elektrische en thermische simulaties op wijkniveau

Gevoeligheid voor tijdsresolutie

R. (Ruben) Baetens1, R. (Roel) De Coninck2,3, L. (Lieve) Helsen2, D. (Dirk) Saelens1

1. Building Physics Section, Department of Civil Engineering, KU Leuven, 2. Applied Mechanics and Energy Conversion Section, Department of Mechanical Engineering, KU Leuven, 3. 3E, Brussels, Belgium

Ideas – Integrated District Energy Assessment by Simulation – is ontwikkeld in Modelica en laat een gedetailleerde modellering van het huishoudelijk elektrisch verbruik, de thermi-sche installatie, lokale pv-productie en elek-triciteitsdistributie in gebouwde omgevingen toe [1]. De in Ideas onderzochte wijk bestaat uit 33 alleenstaande woningen die alle voldoen aan de volgende definitie van nul-energie: elke woning produceert op jaarbasis evenveel energie als nodig is voor klimaatbeheersing, sanitair warm water, verlichting en het gebruik van huishoudelijke apparaten.Dit artikel analyseert de gevoeligheid van dit model voor de tijdsresolutie van de randvoor-waarden, zijnde het residentieel gebruikers-gedrag en de meteorologische gegevens die de lokale elektriciteitsvraag en -productie bepalen [2]. De resolutie van de randvoor-waarden is belangrijk omwille van volgende

redenen: (1) elektrische netwerken hebben een veel snellere respons in vergelijking met ther-mische processen in de gebouwde omgeving, (2) de tijdsresolutie van de randvoorwaarden is van belang om het evenwicht tussen ener-gievraag en -aanbod op wijkniveau correct in te schatten en (3) ten slotte bepaalt het detail dat noodzakelijk is voor een kleine tijdsresolu-tie de vereiste detailkennis over de randvoor-waarden en de resulterende simulatietijd.

IDEASFiguur 1 illustreert het model van de wijk die bestaat uit een mix van vier representatieve woningen. De gekozen isolatiediktes zijn gebaseerd op economische optima voor de residentiële sector [3]. De woningen zijn verder zeer luchtdicht (n50 = 0,6 h-1) zodat de jaarlijkse warmtevraag voldoet aan de lage-energie standaard (QH < 60 kWh/(m².a)). In elke

woning zorgt een modulerende lucht/water-warmtepomp gekoppeld aan een buffervat voor de productie van sanitair warm water en ruimteverwarming. Een gebalanceerd ventilatiesysteem met lucht/lucht-warmtere-cuperatie met een rendement van 84% zorgt voor de hygiënische ventilatie. Het gebruik van buitenzonwering en het openen van ramen voorkomen oververhitting van de woning bij warm weer. Er is geen actieve koeling voorzien. Alle gebouw geïntegreerde pv-panelen zijn zuidgeoriënteerd met een helling van 34 graden. In een traditioneel net met enkel gebruikers daalt de spanning naarmate men het einde van de lijn bereikt. Om te lage span-ningen te vermijden, stelt men de spanning aan de voedingstransformator traditioneel hoger in (hier ingesteld op 234,6 V). De injectie van elektriciteit afkomstig van pv-panelen zorgt voor een bi-directionele vermogensstroom en

TM0512_baetensa_2085c.indd 6 1-5-2012 11:59:51

TVVL Magazine | 05 | 2012 SIMULATIE

een lokale spanningsstijging. De hedendaagse normen eisen dat de stijging beperkt blijft tot 6% van de nominale spanning. Bij overschrij-ding van deze spanning schakelen de omvor-mers de pv-panelen van het elektriciteitsnet en wordt er geen vermogen meer geleverd.

TIJDSRESOLUTIE-GEVOELIGE RANDVOORWAARDEN

Het stochastische karakter van het gebrui-kersgedrag en de werking van de elektrische apparaten zorgen ervoor dat elke woning zijn eigen karakter heeft. Zo ontstaat het noodza-kelijke realistisch beeld van de tijdsafhankelijke energiestromen in de wijk.Het stochastische profiel van aanwezigheid, het gebruik van verlichting en het gebruik van toestellen in residentiële gebouwen is geïmplementeerd door gebruik te maken van een ‘Markov chain’ consistent met het model van Richardson et al. [4]. Dit gebruikersgedrag beïnvloedt zowel het thermisch gedrag van de gebouwen als de respons van het elektrische net. De originele output van het stochastisch model heeft een tijdsresolutie van 1 minuut. Minder gedetailleerde randvoorwaarden met een tijdsresolutie van respectievelijk 5, 10, 15, 30 en 60 minuten (G5 tot G60) werden verkre-gen als rekenkundig gemiddelde van de meest gedetailleerde data (G1).Voor de simulatie van de elektriciteitsproduc-tie van de pv-panelen is gebruik gemaakt van 1-minuut gegevens (G1) voor de zoninstraling verkregen uit Meteonorm v6.1 [5] voor het gematigde klimaat van Ukkel (België). Ook hier zijn minder gedetailleerde randvoorwaarden met eenzelfde tijdsresolutie als voor stochas-tisch gebruikersgedrag berekend als rekenkun-dig gemiddelde van de meest gedetailleerde data.

GEVOELIGHEID TIJDSRESOLUTIE

De gebruikte tijdsresolutie heeft slechts een kleine invloed op het thermische gedrag van de gebouwen. Zowel het jaarlijkse thermisch comfort als het totale elektriciteitsgebruik voor ruimteverwarming en sanitair warm water tonen weinig verschil. De voornaamste reden hiervoor kan gevonden worden in de grote thermische massa in gebouwen. De gemiddelde afwijkingen in ruimtetemperatu-ren tussen G1 en G60 blijven beperkt tot 0,2°C. De maximale afwijking bedraagt 2,8°C en is het gevolg van kleine verschuivingen in tijd van setpunttemperaturen en het al dan niet behalen van temperaturen die zorgen voor

statuswijzigingen in de regelaars, zoals het openen van ramen. De momentane afwijking op de elektriciteitsvraag bedraagt tot 3 kW. Die kan eveneens verklaard worden door verschuivingen in het startmoment van de warmtepomp.Omdat elektrische systemen amper traag-heid kennen, is de invloed van de gebruikte tijdsresolutie op de respons van de elektrische systemen veel groter. Zoals getoond in figuur 2 is de belangrijkste afwijking hierbij de onder-schatting van overspanningen in het net ten gevolge van de afvlakking van zoninstraling in G60-data. Piekoverspanningen van 9 V ontston-den voor de gesimuleerde netsterkte bij het gebruik van G60-data, terwijl overspanningen

-Figuur 1- Voorstelling van het model voor geïntegreerde dynamische simulatie van thermische en elektrische systemen op wijkniveau

-Figuur 2- (links) De frequentieverdeling en (rechts) Tukey-boxplot van de momentane afwijking

en de Pearson’s product-moment en de Spearman’s rank correlatiecoëfficiënt ρ,r (-) voor de

verschillende tijdsresoluties van de netspanning

7


8 TVVL Magazine | 05 | 2012 SIMULATIE

tot 18 V ontstonden bij G1-data. Deze worden veroorzaakt door de grote gelijktijdigheid van netto-overproductie van elektrische energie op gebouwniveau, die resulteren in een accumu-lerende spanningsstijging. Die gelijktijdigheid wordt veroorzaakt door het samenvallen van pv-piekproductie bij elke woning, doordat deze enkel afhankelijk is van het (zelfde) klimaat.Zoals getoond in figuur 3 verschilt de verloren elektrische energie door het afschakelen van de omvormer bij een spanning van 253 V sterk tussen de verschillende tijdsresolu-ties, vanwege de gesimuleerde netsterkte en onderschatting van de overspanning. Op wijkniveau verschilt het energieverlies van 1,9 MWh bij het gebruik van G60-data en 3,6 MW bij het gebruik van G1-data. De verloren energie bedraagt respectievelijk 1,4% en 2,5% van de totale energielevering door pv.

CONCLUSIEVariatie van de tijdsresolutie voor huishoude-lijk energiegebruik en voor meteorologische data tonen het belang van het gebruik van gedetailleerde data voor onderzoek naar de integratie van elektrische netwerken in gebouwsimulaties. Grote gelijktijdigheid van netto vermogenslevering op gebouwniveau in een residentiële gebouwde omgeving met een hoog aandeel pv zorgt voor een sterke onderschatting van overspanningen in het net als klimaatdata op uurbasis gebruikt worden. Het gebruik van minuutwaarden voor zonin-straling is hierbij cruciaal voor een correcte beoordeling van mogelijke afschakeling van de pv-omvormer door spanningsstijgingen. Het gebruik van sub-uurlijkse waarden voor

gebruikersgedrag is minder cruciaal.

REFERENTIES1. R. Baetens et al., ‘Assessing electrical bot-

tlenecks at feeder level for residential net zero-energy buildings by integrated system simulation’, Applied Energy, no. Special issue on Smart Grids, Renewable Energy Integration, and Climate Change Mitigation - Future Electric Energy Systems, 2012.

2. R. Baetens, R. De Coninck, L. Helsen, and D. Saelens, ‘Integrated dynamic electric and thermal simulations for a residential neighborhood: Sensitivity to time resolu-

-Figuur 3- (links) De frequentieverdeling en (rechts) Tukey-boxplot van de momentane

afwijking en de Pearson’s product-moment en de Spearman’s rank correlatiecoëfficiënt

ρ,r (-) voor de verschillende tijdsresoluties van de invertor-verliezen door overspanning

tion of boundary conditions’, in Proc. of the 12th Conf. of The International Building Performance Simulation Association, 2011, pp. 1745-1752.

3. G. Verbeeck, ‘Optimisation of extre-mely low energy residential buildings’, K.U.Leuven, 2007.

4. I. Richardson, M. Thomson, and D. Infield, ‘A high-resolution domestic building occu-pancy model for energy demand simula-tions’, Energy and Buildings, vol. 40, no. 8, pp. 1560-1566, 2008.

5. Meteotest, ‘Meteonorm Version 6.1 - Edition 2009’. Bern, 2008.

passie voor duurzame energie

ww

w.r

emo

n.c

om

duurzame energie

Marum | Dalfsen | Ospel 0594 64 80 80 0529 43 50 40 077 466 00 45

Waarom Remon?

• SIKB-erkend boorbedrijf

• open en gesloten bronsystemen

• grote en kleine boormachines, geschikt voor elk terrein

• landelijk opererende servicedienst - 24/7 service

• meer dan 25 jaar ervaring

Aardwarmte - ‚t zat er al in ...... en Remon haalt ‚t er weer voor u uit!Remon regelt voor installateurs, architecten en huiseigenaren het complete aardwarmte-systeem. En we leveren het sleutelklaar op tot aan de warmtepomp. Heel gemakkelijk, heel vertrouwd.

Waarom zo stellig? Omdat Remon het meest competente boorbedrijf van Nederland is en omdat we zorgvuldig geperfectioneerde techniek gebruiken.

Wat betekent dat in de praktijk?• we boren snel de benodige schachten, tot

300 meter diep• we berekenen deskundig de bijbehoren-

de leidingweerstanden• we werken netjes en schoon, zonder

graafwerk in het terrein of boormateriaal dat achterblijft rondom het boorgat

• we stemmen ‘t systeem af op uw behoeften• en we geven 25 jaar systeemgarantie


TM0512_09.indd 9 1-5-2012 13:39:35

10 TVVL Magazine | 05 | 2012 GEBOUWSIMULATIE

Bouwproducten en -oplossingen worden steeds complexer en integreren steeds

vaker in verschillende domeinen (verwarming, verluchting, zonwering, regeling,

etc.). Gebouwsimulatie is nodig om tot een goed ontwerp te komen. Maar vele

leveranciers en verdelers van gebouwproducten beschikken niet over de tools

of expertise om (vaak ingewikkelde) simulatiemodellen te gebruiken. 3E heeft

hiervoor een oplossing uitgewerkt. Deze bestaat uit een webplatform met een

eenvoudige interface, waarmee ook onervaren gebruikers een achterliggend

dynamisch simulatiemodel kunnen aansturen. Het model wordt voor elk specifiek

product specifiek samengesteld om de impact van de oplossing op een willekeurig

gebouw te kunnen simuleren.

Op maat gemaakte web-applicaties voor merk-specifieke producten

Dynamische gebouw simu latie voor iedereen

R. (Roel) De Coninck, D. (Dirk) Devriendt en B. (Bernard) Huberlant; 3E, Brussel, België

Om de CO2-uitstoot van gebouwen te vermin-deren besteden ontwikkelaars en producenten van bouwproducten steeds meer aandacht aan het energiegebruik van hun oplossingen. Daarnaast is er een evolutie van integratie gaande: de voorgestelde producten verenigen steeds vaker verschillende domeinen. Hierdoor worden de producten complexer en is het moeilijk om de impact van het product op het totale energiegebruik en gebruikerscomfort te bepalen. Dit geldt zelfs voor de verkopers van de pro-ducten die vaak vuistregels of eenvoudige sta-tische berekeningen gebruiken om de klant te overtuigen van de voordelen van hun oplossin-gen. Maar als die verkopers zich positioneren als aanbieders van totaaloplossingen hebben ze ook behoefte aan een goede simulatie van het samenspel van hun producten met de rest van het gebouw.

WEBPLATFORMEen oplossing voor dit probleem is uitgewerkt door 3E, een studiebureau uit Brussel. 3E heeft een lange ervaring met dynamische gebouwsi-mulatie, maar stelt vast dat gebouwsimulatie slechts met mondjesmaat doordringt tot de ontwikkelaars en verdelers van de bouwpro-ducten. Toch maken zij vaak de eerste bereke-ningen en staan ze de architect of ingenieur bij in de keuze van het energieconcept. Om dynamische gebouwsimulatie toegan-kelijk te maken voor deze partijen is een webplatform ontwikkeld. Dit platform biedt de gebruiker een eenvoudige interface aan met een minimum aan parameters en instel-lingen. Via deze interface kan de gebruiker een gedetailleerd simulatiemodel configureren, simulaties starten en resultaten opvragen. Een overzicht van deze structuur is weergegeven in figuur 1.Het bijzondere aan deze ontwikkeling is dat het

gedetailleerde simulatiemodel productspe-cifiek is; dat wil zeggen dat de experts van 3E voor elk product een nieuw model samenstel-len. Dit model bevat de specifieke eigenschap-pen van het product en van andere (standaard) oplossingen, zodat de simulatie de impact van het product op het resulterende energiege-bruik en comfort kan bepalen. Het opgezette platform laat toe om op efficiënte wijze nieuwe dynamische modellen op te bouwen en daarvoor een toegankelijke interface te maken. Deze gebruikersinterface wordt ontworpen in samenspraak met de klant en bevat enkel de parameters die de gebruiker moet kunnen aanpassen.

VOORDELENDe voordelen voor de producenten en verde-lers van bouwproducten zijn legio:- geen investering in simulatiesoftware;- expertise in modelleren is niet vereist;

TM0512_deconinck_2085d.indd 10 1-5-2012 12:05:16

11TVVL Magazine | 05 | 2012 GEBOUWSIMULATIE

- beheersbare initiële kosten;- modellen zijn opgebouwd en geverifieerd

door onafhankelijke simulatie-experts;- simulaties met gevalideerde pakketten zoals

Trnsys of Modelica;- inbreng in de opbouw en complexiteit van de

webinterface;- automatische rapportering van simulatiere-

sultaten mogelijk;- betere service naar klanten (ingenieurs,

architecten, bouwheren);- geen installatie en eenvoudig updaten via de

webinterface;- alle gebruikers gebruiken exact dezelfde

versie;- uitwisselen van modellen, inputs en resulta-

ten tussen gebruikers van hetzelfde bedrijf via de webinterface.

TOEPASSINGENIn principe is deze aanpak geschikt voor alle gebouwproducten, met name warmtepom-pen, ketels, ventilatiesystemen, zonwering, isolatie, beglazing, regelstrategieën, etc. De voordelen van simulatie komen echter vooral tot uiting in toepassingen waar het dynamisch gedrag een grote rol speelt. Het is namelijk niet erg moeilijk om de impact van isolatie op het jaarlijks gasverbruik te bepalen aan de hand van een eenvoudige, statische, bereke-ning. Het is echter onmogelijk om dit te doen voor pakweg zonwering of een grondgekop-pelde warmtepomp. Dergelijke systemen kunnen enkel correct gedimensioneerd worden met een gedetailleerde dynamische simulatie.Op het moment van schrijven heeft 3E reeds twee toepassingen draaien: één voor buiten-zonwering met horizontale lamellen en één voor reflecterende dakbedekkingen. Beide toepassingen zijn gebaseerd op een Trnsys-model, maar dat is geen vereiste: de software is ontworpen om ook andere modellen aan te kunnen maken en om alternatieve simulatie-engines aan te sturen. Voor beide toepassingen is een eerder uitgebreide interface opgesteld, waarin de gebruiker details kan meegeven over de gebouwgeometrie (één thermische zone), randvoorwaarden aan alle wanden, gebruikte wandsamenstellingen en glaseigenschappen, details van de zonwering respectievelijk dakbe-dekking, setpunten voor koeling, verwarming en ventilatie, en gebruikersprofielen. Figuur 2 toont een voorbeeld van de gebruikersinter-face. De opgestelde modellen blijven bewaard op de site en kunnen ook door collega’s (van hetzelfde bedrijf) gebruikt worden voor nieuwe simulaties of als basis voor een nieuwe studie. De simulaties worden simultaan uitgevoerd voor drie cases: een referentie en twee varianten. Zo kan in de resultaten meteen

-Figuur 1- Overzicht van webplatform en simulatieserver

-Figuur 2- Voorbeeld van de gebruikersinterface (profielen)


de impact van de varianten tegenover een ‘business as usual’ scenario getoond worden (zie figuur 3). De resultaten komen desgewenst automatisch in een word document dat met minimale nabewerking naar de klant gestuurd kan worden.

BESLUITMet de ontwikkeling van een webplatform als interface naar gedetailleerde modellen wil 3E de toegankelijkheid van dynamische gebouw-simulatie verhogen. De modellen worden specifiek ontworpen in functie van het te evalueren product, en de interface wordt voor elke klant opnieuw op maat gemaakt. Deze ontwikkeling kan gebouwsimulatie binnen het bereik brengen van partijen die dat tot nog toe moesten ontberen: in eerste instantie leveranciers van technologie die zo de impact van hun producten kunnen aantonen of laten evalueren. Maar ook studiebureaus of instal-lateurs kunnen via dergelijke laagdrempelige modellen dynamische gebouwsimulatie in de dagelijkse praktijk toepassen.

NOTADit artikel is een samenvatting van een Engelstalige publicatie die werd gepresenteerd op de Building Simulation 2011 conferentie te Sydney. De volledige paper kunt u downloa-den op de website van 3E via deze link: http://www.3e.eu/projects/publications-and-down-loads/

-Figuur 3- Voorbeeld van simulatieresultaat: maandelijkse koudevraag voor een situatie met klassieke

dakbedekking (Reference) en met twee soorten reflecterende dakbedekking (Case 1 en 2)

Tijdelijk of semi permanent

behoefte aan extra warmte

en/of energie?

Uw bron van informatie bij

het kopen of huren van

ketelinstallaties voor stoom,

warm en heet water.

Verhuur• warmwaterketels tot 8 MW• heetwaterketels tot 12 MW• automatische expansie-inrichtingen• stoomketelunits tot 28 barg

van 400 kg/hr tot 16.000 kg/st• ontgassers, voedingswatertanks,

ontharders• olietanks 3, 5, 10 en 20m3

• in container, buitenopstelling of romneyloodsen

Services• 24 uurs storingsdienst• leidingwerkmontage• onderhoud • engineering

Milieuzorg• Low-NOx installaties• geluidsbesparende omhuizingen• CE normering

www.ecotilburg.com

Postbus 899, 5000 AW Tilburg - Hectorstraat 23, 5047 RE Tilburg - Tel: 013 5839440 - Fax: 013 5358315 - E-mail: [email protected]


www.technischeunie.com

Duurzaamheid is niet alleen een woord. Duurzaamheid moet je doen. Vandaar dat we ons assortiment en onze diensten vanaf heden meer ‘groen’ kleuren. Het vinden van zogenaamde ‘groene’ producten via de website is een stuk makkelijker geworden. Of het nu gaat om producten die energie besparen of zelfs energie opleveren. We geven adviezen voor alternatieve oplossingen die het milieu minder belasten, bijvoorbeeld op het gebied van efficiënt installeren. En we dragen ook ons steentje bij. Zo is Technische Unie gecertificeerd voor niveau 3 van de CO2-prestatieladder. Het bewijs dat techniek en ‘groen’ prima samen gaan.

Technische Unie. Daar heb je meer aan.

Bij alles wat we doen, denken we voortaan groen

advDuurzaamTU01_210x297.indd 1 29-04-11 10:47TM0512_13.indd 13 1-5-2012 13:40:52


De ontwerprichtlijn NEN2443 schrijft met betrekking tot het brandveilig

ontwerpen van semi-open parkeergarages ofwel (1) een minimale hoeveelheid

open geveloppervlak voor, of (2) een minimale ventilatievoud. Dit heeft als doel

om in geval van brand de ontwikkelde rook en warmte op een effectieve manier

af te voeren uit de parkeergarage. In deze studie zijn zeven verschillende varianten

beoordeeld op hun brandveiligheid door middel van gevalideerde Computational

Fluid Dynamics (CFD) simulaties. Deze varianten voldoen alle aan de NEN2443.

Geconcludeerd wordt dat drie van de zeven varianten een onvoldoende hoog

brandveiligheidsniveau hadden.

Brandveiligheidsanalyse van semi-open parkeergarages

Ir. M.G.M. (Mike) van der Heijden, Technische Universiteit Eindhoven, dr.ir. M.G.L.C. (Marcel) Loomans, Technische Universiteit Eindhoven, ir. A.D. (Tony) Lemaire, Efectis Nederland B.V., prof.dr.ir. J.L.M. ( Jan) Hensen, Unit Building Physics and Services, Technische Universiteit Eindhoven.

Uit onderzoek in de Verenigde Staten blijkt dat er in 2002 ongeveer 329.500 voertuigbranden waren, die zorgden voor 17% van het totaal aan brand gerelateerde slachtoffers en voor ongeveer $1.400.000.000 aan directe schade [1]. Daarnaast is duidelijk uit statistieken van het CBS [2] dat het aantal motorvoertuigen in Nederland de afgelopen zes jaar met ongeveer 11% is toegenomen. Hierdoor neemt de vraag naar parkeerruimte toe. Dat zorgt samen met het niet voorhanden zijn van bruikbare grond in grote steden, tot het bouwen van parkeergara-ges [3]. Maar dit kan, zoals hiervoor aangege-ven, leiden tot een significant risico. Dit risico wordt tot een geaccepteerd niveau gereduceerd door een ontwerp te toetsen aan het bouwbesluit. Parkeergarages voldoen vaak niet aan de in het bouwbesluit genoemde prestatie-eis voor de maximale grote van een brandcompartiment. Het bouwbesluit staat dit toe zolang wordt aangetoond dat het ontwerp

een gelijkwaardig brandveiligheidniveau heeft [4]. Voor het aantonen van gelijkwaardig-heid bij semi-open parkeergarages wordt in praktijk vaak de ontwerprichtlijn NEN2443 [5] gebruikt, die als eis voor de geometrie van de garage stelt dat: - ten minste twee tegenover elkaar liggende

geveldelen open dienen te zijn;- deze gevelopeningen een oppervlakte

dienen te hebben van tenminste 1/3 van het totaal aan geveloppervlak en oppervlak van binnenwanden, of 2,5% van het totale vloeroppervlak;

- deze geveldelen maximaal 54 meter van elkaar verwijderd mogen zijn;

- binnenwanden geen beperking mogen ople-veren voor de ventilatie (te bereken m.b.v. NEN1087);

- de laagste vloer in de garage niet meer dan 1,4 meter onder het maaiveld mag liggen.

Maar of deze eisen daadwerkelijk tot een voldoende hoog brandveiligheidniveau leiden voor veilig brandweer ingrijpen, is nog nooit systematisch onderzocht. Het doel van dit onderzoek was om vast te stellen in hoeverre de eisen uit de NEN2443 resulteren in een brandveilig ontwerp.

METHODOLOGIEOm de Nederlandse regelgeving voor semi-open parkeergarages te toetsen, is een inventaris gemaakt van de dimensies van 75 semi-open parkeergarages in Nederland (zie figuur 1). Hieruit is een typische semi-open parkeergarage voor Nederland afgeleid. Voor deze parkeergarage zijn zeven varianten gecre-eerd die voldoen aan de NEN2443, waarbij gevelopeningen zijn verschoven en verschil-lende winddrukken zijn opgelegd. Het brand-veiligheidniveau van deze zeven varianten is getoetst aan de hand van gevalideerde com-

TM0512_vanderheijden_2085e.indd 14 1-5-2012 12:09:43

TVVL Magazine | 05 | 2012 GEBOUWSIMULATIE

putational fluid dynamics (CFD) simulaties. Hierbij werd verondersteld dat de brandweer een brand enkel veilig kan benaderen indien:- de maximale temperatuur op hoofdhoogte

niet hoger is dan 100°C;.- de maximale temperatuur van de rooklaag

niet hoger is dan 270°C;- een minimale zichtlengte van 30 meter

richting de brandhaard aanwezig is.

Met behulp van deze criteria wordt uiteindelijk een uitspraak gedaan over de brandveiligheid van semi-open parkeergarages indien deze worden ontworpen volgens de NEN2443.

ValidatieDe validatie van de CFD-simulatie werd ver-kregen aan de hand van een onderzoek zoals beschreven door Hu et al. [6]. In dit onderzoek werd beschreven hoe een dieselvuur van 1,5 MW werd gecreëerd aan het gesloten uiteinde van een 88 meter lange gang. In deze gang werd door middel van 49 thermokoppels en acht thermistors de temperatuur langs het plafond gemeten gedurende de brandtijd van het vuur. Door het uitvoeren van een CFD-simulatie van deze situatie is nagegaan of de gebruikte modellen en aannamen tot een voldoende nauwkeurig resultaat leiden. In figuur 2 is de vergelijking tussen de meet- en simulatieresultaten zichtbaar. Deze resultaten zijn vertaald naar een 3D-situatie en vergele-ken met de empirische Alpert-correlaties [7]. Hieruit is geconcludeerd dat de resultaten van de CFD-simulatie voldoende nauwkeurig zijn voor het kunnen toetsen van de verschillende varianten.

BrandcurveOp basis van 405 parkeergaragebranden die door de brandweer van Parijs zijn gerappor-teerd, kan worden geconcludeerd dat het het meest waarschijnlijk is dat er slechts één auto brandt tijdens een parkeergaragebrand [8]. Eveneens blijkt dat het onwaarschijnlijk is dat er meer dan drie auto’s branden. Voor de simu-laties zijn daarom drie verschillende volumes gecreëerd waarbij op verschillende momenten de hitte en rook van een brandende auto wordt vrijgelaten. Er is aangenomen dat de brand tien minuten na de ontsteking overslaat naar een tweede auto en vijf minuten daarna naar de derde auto. Voor de brandweer is aangenomen dat er vijf minuten nodig zijn voor de detectie en doormelding van de brand, vervolgens tien minuten om de locatie van de brand te berei-ken, nogmaals vijf minuten om de inzet voor te bereiden op locatie en uiteindelijk nogmaals vijf minuten om de brand te blussen. Dit is in lijn met de ontwerpnorm NEN6098 [9].

-Figuur 1- Overzicht van de steekproef van 75 semi-open parkeergarages

-Figuur 2- Vergelijking van CFD-resultaten met de metingen (metingen uitgevoerd door Hu et

al. [6] )

-Figuur 3- Temperatuur nabij de brandende auto’s in variant één (afgebeeld als

een dwarsdoorsnede door deze auto’s)

15



-Figuur 4- Overzicht van

de geometrie van de zeven

varianten samen met het

resulterende veilige en

onveilige oppervlak op

verschillende tijden

veiligheidsniveau twijfelachtig. Er is namelijk een klein gebied nabij de brand van waaruit de brandweer zou kunnen opereren. Het is echter onduidelijk hoe snel deze situatie zou kunnen veranderen.

CONCLUSIEDit onderzoek had als doel om vast te stellen in hoeverre de eisen uit de NEN2443 leiden tot een brandveilig ontwerp. Uit dit nume-rieke onderzoek blijkt dat drie van de zeven onderzochte varianten als onveilig worden beschouwd. Van één variant was het brand-veiligheidsniveau twijfelachtig. Op basis hiervan is vastgesteld dat wanneer een garage is ontworpen volgens de NEN2443, dit kan leiden tot een onvoldoende hoog brandvei-ligheidsniveau wanneer wordt gelet op veilig brandweeringrijpen.

REFERENTIES1. Ahrens M., 2004. U.S. vehicle fire trends and

patterns. Fire Analysis and Research Division National Fire Protection Association, pp. 1-12

2. CBS 2010. Motorvoertuigen; aantal voertuigen en autodichtheid per provin-cie, Centraal Burau voor Statistiek, The Netherlands, URL: http://statline.cbs.nl/StatWeb/

3. Chow W. K., 1998, On Safety Systems for Underground Car Parks, Tunnelling and Underground Space Technology, Vol. 13, No. 3, pp. 281-287

4. de Jong A. 2003. Bouwbesluit 2003, Op de voordracht van de Staatssecretaris van Volkshuisvesting, Ruimtelijke Ordening en Milieubeheer, The Netherlands, nr. MJZ2000153138

5. NEN 2000. Parkeren en stallen van personenauto’s op terreinen en garages, NEN2443, Nederlandse Norm, The Netherlands, ICS 91.040.99

6. Hu L.H., Huo R., Li Y.Z., Wang H.B., Chow W.K., 2005. Full-scale burning tests on studying smoke temperature and velocity along a corridor, Tunneling and Underground Space Technology, Vol. 20, No. 3, pp. 223–229

7. Alpert R.L. 1972. Calculation of response time of ceiling-mounted fire detectors, Fire Technology, Vol. 8, No. 3, pp.181-195

8. Joyeux D., Kruppa J., Cajot L., Schleich J., Leur P., Twilt L., 2001. Demonstration of real fire tests in car parks and high buildings pp. 53-66

9. NEN 2010. 2e Ontwerp norm, Rookbeheersings- systemen voor mechanisch geventileerde parkeergara-ges, NEN6098, Nederlandse Norm, The Netherlands, ICS 13.220.20; 91.140.99

VariantenEr zijn zeven verschillende varianten gebruikt in dit onderzoek. Hierbij wordt de eerste variant als referentie gebruikt. Bij deze variant is de lange zijde volledig open en is geen wind-druk opgelegd. Hij voldoet dus ruimschoots aan de NEN2443. Verder zijn vier varianten gecreëerd die exact voldoen aan de NEN2443; er is namelijk enkel 1/3 van het totale gevelop-pervlak open. Deze vier varianten verschillen onderling in locatie van de opening en/of het in rekening brengen van de constructie (TT-liggers). Met behulp van twee extra varian-ten is de invloed van wind onderzocht. Bij deze twee varianten is de lange zijde volledig open en is een winddruk opgelegd die (bij afwezig-heid van de brand) resulteert in een windsnel-heid van 1,5 m/s en 5 m/s. Een overzicht van deze varianten is afgebeeld in figuur 4.

RESULTATENZoals aangegeven zijn drie verschillende volumes gedefinieerd waar de hitte en rook wordt afgegeven. In figuur 3 is te zien hoe de temperatuur nabij de brandende auto’s toe-neemt naarmate de tijd verstrijkt. Uit deze figuur is eveneens op te maken dat de verschillende auto’s op een ander tijdstip ont-branden (zoals besproken bij de methodologie). De stratificatie van de rook-laag is eveneens zichtbaar; de temperatuur nabij het plafond is namelijk significant hoger. Om een uitspraak te kunnen doen over het brandveiligheidsni-

veau van de verschillende varianten, zijn de resultaten van de drie veiligheidscriteria voor veilig brandweeringrijpen gecombineerd. Door het maken van deze combinatie is vervolgens het gebied aan te wijzen dat na bepaalde tijdsintervallen als veilig of onveilig kan wordt beschouwd. Een variant wordt als onveilig beschouwd indien binnen 20 minuten de brandhaard niet meer kan worden benaderd door de brandweer. Het resultaat van deze analyse is afgebeeld in figuur 4. Dit resul-taat laat zien dat er significante verschillen zijn tussen de varianten. Zo blijkt dat voor referentievariant 1 en voor de varianten 4 en 6 het onbegaanbaar gebied minimaal is, en voornamelijk gelokaliseerd is nabij de brandhaard. Voor varianten 2, 3 en 7 blijkt dat er geen gebied is aan te wijzen waar het voor de brandweer veilig is. Voor variant 5 is het


TVVL magazine mei 2012

Documents

Transcript of TVVL magazine mei 2012